Технические мероприятия по защите гидросферы

Защита гидросферы от вредных сбросов осуществляется применением следующих методов и средств: рациональным размещением источников водозабора и водоотвода; разбав­лением вредных веществ в водоемах до допустимых концентраций с применением специально организованных и рассредоточенных выпу­сков; использованием средств очистки стоков. Рассредоточенные выпуски стоков осуществляют через трубы, проложенные поперек русла реки, этим увеличивается интенсив­ность перемешивания и кратность разбавления стоков.

Методы очистки сточных вод можно подразделить на механиче­ские, физико-химические и био­логические.

Механическая очистка сточ­ных вод от взвешенных твердых частиц и нефтепродуктов осуществляется процеживанием и отстаивани­ем сточных вод. Ме­ханическими методами удаляют грубые дисперсные примеси с по­мощью решеток, сит, фильтров, отстойников, нефтеловушек.

Процеживание применяют для удаления из сточной воды крупных и волокнистых включений. Процесс реализуют на вертикальных или наклонных решетках с шириной зазоров 15...20 мм или на волокноуловителях.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплытии) приме­сей с плотностью большей (меньшей) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках, жироуловителях. Песколовки применяют для отделения из воды частиц металла и песка размером более 250 мкм. Песколовки бывают с горизонтальным, вертикальным и круговым движением воды, со скребковым механизмом для очистки осадка со дна. Отстойники применяют для гравитационного выделения из сточ­ных вод более мелких взвешенных частиц или жировых веществ. По направлению движения потока воды различают отстойники вертикальные, горизонтальные, диагональные.

Очистка сточных вод в по­ле центробежных сил реализу­ется в гидроциклонах. Под действием цент­робежной силы, возникаю­щей во вращающемся потоке, происходит более интенсив­ное отделение взвешенных частиц от потока воды. Гид­роциклоны бывают низкона­порные (открытые) и высоко­напорные (закрытые).

Фильтрование используют для очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей. Часто используют зернистые фильтры из несвязанных или связанных (спеченных) между собой частиц. В зернистых фильтрах в качестве фильтрующего материала применяют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит и т. п. Регенерация фильтра осуществляется обратной промывкой и продувкой сжатым воздухом.

Флотация заключается в обволакивании частиц примесей мелкими пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду, и поднятии их на поверхность, где образуется слой пены. В зависимости от способа образования пузырьков различают флотацию пневматическую (напор­ную, вакуумную), пенную, химическую, вибрационную, биологиче­скую и электрофлотацию. Наибольшее распространение получила пневматическая флотация. При резком снижении давления происходит выделение из воды излишнего воздуха в виде пузырьков. Если вода с атмосферным давлением направляется в камеру под вакуумом, такая флотация называется вакуумной; если из-под напора в открытую камеру,— напорной. Флотация осуществ­ляется во флотационных камерах.

Физико-химические методы очистки применяют для удаления из сточной воды растворимых примесей (солей тяжелых металлов, циа­нидов, фторидов и др.) и взвесей. Физико-химическим методам предшествует стадия очистки от взвешенных веществ. Из физико-химических методов наиболее распространены электрофлотационные, коагуляционне, реагентные, ионообменные и другие процессы.

Электрофлотация находит широкое применение наряду с пневма­тической флотацией для удаления маслопродуктов и мелкодисперсных взвесей. Она осуществляется путем пропускания через сточную воду электрического тока, возникающего между парами электродов. В результате электролиза воды образу­ются пузырьки водорода и кислорода, которые обволакивают частички взвесей и способствуют их быстрому всплытию на поверхность. Процесс осуществляется в элект­рофлотационных установках.

Коагуляция — это физико-химический процесс укрупнения мель­чайших коллоидных и диспергированных частиц под действием сил молекулярного притяжения. В результате коагулирования устраняется мутность воды. В качестве веществ-коагулянтов применяют алюминийсодержащие вещества, хлорид железа (II), сульфат железа и др. Коагуляция осуществляется посредством перемешивания воды с коа­гулянтами в камерах. Затем вода направляется в отстойники, где хлопья отделяются отстаиванием.

Реагентный мето­д заключается в обработке сточных вод химическими ве­ществами-реагентами, которые, вступая в химическую реакцию с растворенными токсичными примесями, образуют нетоксич­ные или нерастворимые соеди­нения, удаляемые далее одним из описан­ных выше методов. Этот метод находит применение для очистки сточных вод от солей металлов, цианидов, хрома, фторидов и т. д. Например, в результате химической реакции гидроксида или хлорида кальция с токсичными соединениями фтора образуется плохо растворимый фторид кальция CaF₂, который можно удалить из воды отстаиванием.

Нейтрализация сточных вод является разновидностью реагентного метода. Согласно действующим нормативным документам, сбросы сточных вод в системы канализации населенных пунктов и в водные объекты допустимы только в случаях, если они имеют рН = 6,5...8,5. В том случае, если рН сточных вод соответствует кислой (рН < 6,5) или щелочной (рН > 8,5) среде, сточные воды подлежат нейтрализации, под которой понимают снижение концентрации в них свободных Н⁺-ионов или ОН'-ионов до установленных в указанном интервале значений рН. Нейтрализация кислых сточных вод осуществляется добавлением рас­творимых в воде щелочных реагентов (оксида кальция, гидроксидов натрия, кальция, магния и др.). Нейтрализация щелочных стоков осуществляется добавлением минеральных кислот — серной, соляной и др. В процессе нейтрализации важно добавить ровно столько реагента, чтобы осуще­ствить нейтрализацию, не изменив при этом показатель рН в проти­воположную сторону. Реагентная очистка осуществляется в емкостях, снабженных устройствами для перемешивания.

Ионообменная очистка сточных вод заключается в пропускании сточных вод через ионообменные смолы, которые подразделяются на катионитовые — имеющие подвижные и способные к обмену катионы (чаще всего ион водорода Н), и анионитовые — имеющие подвижные и способные к обмену анионы (чаще всего гидроксильную группу ОН). При прохождении сточной воды через смолы подвижные ионы смолы заменяются на ионы токсичных примесей соответствующего знака и происходит сорбирова­ние токсичных ионов смолой.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности мик­роорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические соединения в качестве источника питания в процессах своей жизне­деятельности, окисляя их до воды и углекислого газа. Бактерии находятся в активном иле, представляющем собой темно-ко­ричневую или черную жидкую массу. Активный ил — это скопление аэроб­ных бактерий в виде зоогелей. Кроме микробов, в иле могут присут­ствовать простейшие, черви, личинки насекомых, водные клещи. При очистке многих видов сточных вод, в том числе бытовых, используют бактерии рода Pseudomonas — грамотрицательные палочки. Биологическую очистку осуществляют в аэротенках и биофильтрах. Аэротенки представляют собой открытые резервуары с системой коридоров, по которым медленно протекают сточные воды, смешанные с активным илом. Эффект биологической очистки обеспечивается постоянным перемешиванием сточных вод с активным илом при непрерывной подаче воздуха через систему аэрации аэротенка. Затем активный ил отделяется от воды в отстойниках и вновь направляется в аэротенк. Биологический фильтр — это сооружение, заполненное загрузочным материалом, через который фильтруется сточная вода и на поверхности которого развивается биологическая пленка, состоящая из прикрепленных форм микроор­ганизмов. Водочистные сооружения предприятий должны иметь свои локальные очи­стные сооружения, аппаратурное обеспечение которых учитывает специфику загрязнения.